WYKRYWACZ METALI.pdf

Systemy

Wykrywacze metali

Poniższy artykuł przeznaczony jest dla wszystkich, którzy interesują się tema−

tyką poszukiwania skarbów i militariów, w szczególności dla tych, którzy dopie−

ro zaczynają, lub chcieliby zacząć interesować się tą dziedziną. W poprzednim

numerze EdW opisano ogólną zasadę działania oraz podano informacje na

temat najprostszych wykrywaczy.

Wykrywacze z równoległymi

cewkami

Idea sposobu z prostopadłymi cewka−

mi (przedstawiona w poprzednim nume−

rze EdW) jest prosta i oczywista, opiera

się bowiem na podstawowych wiado−

mościach, dostępnych dla każdego ucz−

nia w szkole. Mniej oczywisty jest spo−

sób z cewkami ustawionymi równolegle,

w jednej płaszczyźnie. Wydawałoby się,

że jeśli dwie cewki będą ustawione jedna

nad drugą (lub jedna wewnątrz drugiej),

to nie uda się uniknąć wzajemnego

sprzężenia. Rysunek 8 pokazuje kształt

i wzajemne położenie obu cewek, w któ−

rym nie występuje wzajemne sprzężenie.

wielki sygnał przenika jednak do cewki

odbiorczej. Na szczęście można go skom−

pensować i usunąć przez odpowiednią

obróbkę sygnału cewki odbiorczej.

Przy zbliżeniu metalowego przedmio−

tu do takiego zestawu cewek, zostaje za−

burzone pole elektromagnetyczne wy−

twarzane przez cewkę nadawczą

i w cewce odbiorczej indukuje się nie−

wielki sygnał.

Ten sygnał może być podany na

wzmacniacz i słuchawki. Wtedy o wykry−

ciu przedmiotu poinformuje pojawienie

się sygnału. Schemat blokowy najprost−

szego wykrywacza z taką sondą pokaza−

ny jest na rysunku 9.

W praktyce do współpracy z z e sta−

wem cewek pokazanych na rysunku

8 nie stosuje się prostych układów elekt−

ronicznych zbudowanych według rysun−

ku 9, tylko znacznie bardziej rozbudowa−

ne systemy, dające znacznie lepsze moż−

liwości.

Przy omawianiu wykrywacza mostko−

wego okazało się, że nie sposób określić

metodą na słuch, czy znaleziono przed−

miot z metalu dia− lub paramagnetyczne−

go, czy też z metalu ferromagnetyczne−

go. Podobna sytuacja występuje w urzą−

dzeniach zawierających cewki o kształcie

według rysunku 8. Owszem, informacja

taka zawarta jest w fazie sygnału wyjścio−

wego, ale fazy nie można ocenić na ucho.

Można natomiast fazę zmierzyć za pomo−

cą układów elektronicznych.

Inaczej mówiąc, w stanie spoczynku

w cewce odbiorczej nie powinien się in−

dukować żaden sygnał. Przy zbliżeniu

przedmiotu metalowego w cewce poja−

wi się sygnał sinusoidalny. Jego ampli−

tuda świadczyć będzie o wielkości i od−

Rys. 8. Kształt cewek w sondzie

typowego wykrywacza IB

ległości znaleziska, natomiast faza

świadczyć będzie, czy jest to materiał

ferromagnetyczny, czy dia− lub paramag−

netyczny. Przykładowe przebiegi w obu

cewkach pokazuje rysunek 10. Informa−

cję o fazie można wydzielić za pomocą

prostownika (detektora) synchroniczne−

go. Początkujący elektronicy zapewne

nie wiedzą, co to jest ten prostownik

synchroniczny. Jest to rozbudowany

układ prostownika, którego praca jest

sterowana albo synchronizowana przez

przebieg zmienny (tu przez przebieg za−

silający cewkę nadajnika). Można powie−

dzieć, że przebieg zmienny z cewki od−

biorczej jest prostowany, czy też prze−

kształcany, w takt przebiegu z nadajnika.

Prostownikiem synchronicznym jest na

przykład stosunkowo prosty układ, któ−

rego wzmocnienie wynosi albo +1 albo −

1 i jest sterowane przebiegiem synchro−

nizującym. Wzmocnienie +1 oznacza, że

układ dokładnie powtarza na

wyjściu przebieg wejściowy,

natomiast wzmocnienie −1

świadczy, że układ w tym

momencie odwraca fazę syg−

nału o 180 stopni. Ilustruje to

rysunek 11.

Na wyjściu takiego pros−

townika stosuje się zwykle

filtr uśredniający i uzyskuje

się w sumie napięcie stałe.

Cewka nadawcza ma bardzo dziwny

kształt, jakby rogala, zawiera bowiem do−

datkową, wewnętrzna pętlę. Środek

cewki odbiorczej (mniejszej) umieszczo−

ny jest w ściśle określonym punkcie. We−

wnętrzna pętla cewki nadawczej dzieli

powierzchnię cewki odbiorczej na poło−

wy. Przy takim umieszczeniu cewek

w pętli odbiorczej w stanie spoczynku

(równowagi) nie indukuje się sygnał.

W praktyce nie można wykonać idealnej

sondy tego typu i oczywiście jakiś nie−

Rys. 9. Schemat blokowy prostego wykrywacza IB

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98

Systemy

Rys. 10. Zależności fazowe w cewkach wykrywacza

Rys. 11. Zasada działania prostownika synchronicznego

Co najważniejsze, to napięcie stałe za−

leży nie tylko od amplitudy przebiegu

prostowanego (jak to jest w zwykłym

prostowniku), ale też od jego fazy. Po−

kazuje to rysunek 12. W zależności od

fazy przebiegu prostowanego (przy ta−

kiej samej amplitudzie), wyjściowe

(uśrednione) napięcie stałe może być

zarówno dodatnie, ujemne, jak i równe

zeru! Oczywiście w układzie wykrywa−

cza metalu, znak napięcia stałego na

wyjściu filtru świadczy o rodzaju meta−

lu. Jak wcześniej wskazano, w rzeczy−

wistości zmiany fazy powstające pod

wpływem niewielkich przedmiotów

metalowych są naprawdę bardzo małe,

to jednak dają się one wykryć i w su−

mie metoda fazowa jest częściej sto−

sowana w praktycznych wykrywaczach

niż wszystkie pozostałe metody.

Rysunek 12 wskazuje, że w wykrywa−

czu z detektorem synchronicznym sygna−

łem świadczącym o obecności metalu

jest napięcie stałe, a nie jak w poprzednio

omawianych wykrywaczach – napięcia

zmienne. W takim razie obecny być musi

także dodatkowy blok, który wytworzy

sygnał akustyczny, zależny o d napięcia

stałego na wyjściu detektora synchronicz−

nego. Jak z tego widać, w przeciwieńs−

twie do wcześniej omawianych wykrywa−

czy, sygnał dźwiękowy w słuchawkach

nie ma praktycznie nic wspólnego z prze−

biegiem zasilającym cewkę nadawczą.

Jeśli w układzie z detektorem syn−

chronicznym o wszystkim decyduje na−

pięcie stałe z jego wyjścia, to za pomocą

odpowiedniej obróbki tego napięcia moż−

na uzyskać szereg nowych możliwości.

Właśnie przede wszystkim odpowiednia

obróbka sygnału uzyskiwanego z pros−

townika synchronicznego pozwala wzbo−

gacić przyrząd o nowe, bardzo cenne

funkcje.

Przede wszystkim można dodać na

wyjściu prostownika dodatkowy blok,

który na przykład będzie reagował tylko

na sygnały ujemne prostownika (odpo−

wiadające miedzy innymi metalom szla−

chetnym), a nie będzie reagował na fer−

romagnetyki, czyli w praktyce na złom

żelazny.

Można też po prostu wyposażyć przy−

rząd w miernik wychyłowy z zerem po

środku, by zobrazować infor−

mację o rodzaju materiału.

W ten sposób otrzymuje

się przyrząd z rozróżnianiem

metali.

Inną możliwością jest ta−

kie wzbogacenie prostow−

nika synchronicznego, by

sygnalizator odzywał się do−

piero przy znalezieniu przed−

miotów o większych wy−

miarach, a nie drobnych

śmieci typu kapsle, nakręt−

ki, gwoździe, itp. Lepsze

przyrządy tego typu mają

możliwość płynnej regulacji

progu czułości (odrzucania).

Jeszcze inną możliwoś−

cią jest wprowadzenie po−

krętła, pozwalającego dopa−

sować przyrząd do rodzaju

gruntu. Chodzi o to, że

grunty bywają w różnym

stopniu zmineralizowane

i już sam grunt jest wykazy−

wany jako znalezisko. Aby

wyeliminować efekt grun−

Rys. 12. Przykładowe przebiegi w prostowniku synchronicznym

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98

Systemy

Rys. 13. Schemat blokowy wykrywacza PROSPECTOR

towy należy odpowiednio zmienić fazę

sygnału sterującego pracą prostownika

synchronicznego.

Bardziej rozbudowane wykrywacze

zwykle mają dodatkowo możliwość pracy

dynamicznej. To znaczy, że cały układ jest

wtedy objęty swego rodzaju pętlą ujem−

nego sprzężenia zwrotnego. Obwód pęt−

li dba, by niezależnie od gruntu i innych

czynników, uzyskać na wyjściu prostow−

nika synchronicznego napięcie równe lub

bliskie zeru. W takim wypadku przedmio−

ty mogą być wykrywane tylko podczas

ruchu sondy.

I oto doszliśmy do najczęściej spotyka−

nych, nowoczesnych wykrywaczy zawie−

rających sondę z cewkami wg rysunku

8 i dość skomplikowany układ elektro−

niczny. Dwa takie wykrywacze pokazane

są z bliska na fotografiach 3 i 4.

Schemat blokowy rozbudowanego

wykrywacza metali „Prospector”, wi−

docznego na fotografii 3, zawierającego

prostownik synchroniczny, pokazany jest

na rysunku 13. Jak widać ze schematu

blokowego, układ na pewno do najprost−

szych nie należy. Z tego wynika, że po−

czątkujący amatorzy nie mający doświad−

czenia, nie mają szans na wykonanie

i wyregulowanie takiego układu. Zresztą

wyregulowanie układu to jeszcze nie

wszystko – kluczowe znaczenie i tak ma

sonda, jej sztywność, wzajemne umiesz−

czenie cewek i odporność na czynniki kli−

matyczne. Jest to największy problem

praktyczny dla chętnych, pragnących sa−

modzielnie wykonać detektor metali.

Właśnie te, w sumie pozaelektronicz−

ne względy zadecydowały, że do tej po−

ry na łamach EdW nie został przedsta−

wiony projekt budowy wykrywacza, wy−

posażonego w podobne cewki. Być mo−

że taki projekt ukaże się w EdW za jakiś

czas po rozwiązaniu problemu wykona−

nia we własnym zakresie (lub zak u pu)

dobrej sondy.

W najbliższych miesiącach planowane

jest natomiast zaprezentowanie prostego

wykrywacza typu BFO.

W momencie przerwania prądu, cew−

ka, która do tej chwili była cewką nadaw−

czą, staje się cewką odbiorczą i specjalny

układ mierzy napięcie (prąd) indukujące

się w cewce. Istnieją też wykrywacze PI

z dwoma oddzielnymi cewkami: nadaw−

czą i odbiorczą.

W każdym razie o obecności lub nie−

obecności w polu przedmiotów metalo−

wych świadczy kształt i czas trwania im−

pulsu w cewce odbiorczej po gwałtow−

nym przerwaniu przepływu prądu. W du−

żym uproszczeniu dwa przypadki pokaza−

no na rysunku 14.

Wykrywacze typu PI

Skrót PI pochodzi od angielskich słów

Pulse Induction i wskazuje, że chodzi

o wykrywacz impulsowy, a nie wykry−

wacz o pracy ciągłej.

Wykrywacze PI czasem są nazywane

niesłusznie ziemnymi radarami. Choć

określenie radar jest niesłuszne, zasada

działania wykrywacza typu PI rzeczywiś−

cie jest trochę podobna do radaru.

W systemie radarowym w przestrzeń

wysyłany jest krótki impuls promienio−

wania mikrofalowego, czyli fala elektro−

magnetyczna o częstotliwości rzędu gi−

gaherców. W wykrywaczu PI do swego

rodzaju anteny, a właściwie cewki na−

dawczej, doprowadzone są impulsy prą−

du stałego. Płynący prąd stały płynący

przez cewkę wytwarza stałe pole mag−

netyczne. W momencie przerwania

przepływu prądu, pole magnetyczne za−

nika. Szybkość zanikania tego stałego

pola magnetycznego zależy między in−

nymi od obecności (lub nieobecności)

w tym polu przedmiotów metalowych.

Obecność przedmiotów metalowych

można rozumieć jako istnienie swego

rodzaju rdzenia cewki, który zmienia in−

dukcyjność cewki, a więc zdolność gro−

madzenia energii.

Rys. 14. Uproszczone przebiegi

wykrywacza PI

Oczywiście przetworzenie, a nawet in−

terpretacja wyników odbywa się na dro−

dze elektronicznej.

W przypadku wykrywaczy typu PI

można uzyskać duży zasięg, ale zależy

on bardzo od mocy impulsu, a krócej

od wartości prądu w cewce nadaw−

czej. I to jest spory praktyczny prob−

lem. Dla zwiększenia zasięgu trzeba

zwiększać prąd. Tymczasem średnia

wartość prądu nie może być zbyt duża

ze względu na ograniczoną pojemność

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98

Systemy

baterii (dotyczy to głównie sprzętu

przenośnego).

Metodą na zmniejszenie średniego

poboru prądu byłoby skrócenie czasu po−

jedynczego impulsu oraz zmniejszenie

częstotliwości występowania impulsów.

Ale tu występują istotne ograniczenia.

Po pierwsze, w rzeczywistości prąd

w cewce nadawczej nie ma kształtu

prostokątnego, jak w uproszczeniu za−

znaczono na rysunku 14. Ze względu na

indukcyjność cewki prąd narasta stop−

niowo. Przy zbyt krótkim impulsie prąd

nie zdążyłby narosnąć do potrzebnej war−

tości. Czas trwania impulsu musi być tak

duży, by cewka weszła w stan nasyce−

nia, gdy prąd będzie ograniczony wartoś−

cią rezystancji uzwojenia. Pokazano to na

rysunku 15.

nak mniej popularne, i zwykle bardzo, na−

wet bardzo kosztowne.

Przykładowo w archeologii stosuje się

następującą metodę do wyszukiwania

utlenionych przedmiotów metalowych.

Wysyła się w grunt sygnał radiowy

o określonej częstotliwości i dużej mocy.

Dzięki pewnym zjawiskom związanym

z efektem półprzewodnikowym na po−

wierzchni takich znalezisk, następuje

podwojenie lub potrojenie częstotliwoś−

ci. Krótkofalowcy stosujący powielacze

częstotliwości z łatwością zrozumieją

o co tu chodzi. Potem należy tylko za po−

mocą odpowiednio czułego odbiornika

wykryć te powielone częstotliwości.

Oczywiście nie jest to proste, bo moc te−

go promieniowania jest bardzo słaba,

i należy je odróżnić od ewentualnych har−

monicznych przebiegu pierwotnego. Ta−

ka aparatura nie bywa używana przez

amatorów.

Wśród profesjonalnych przyrządów,

które mogą być użyte do poszukiwań

metali, należy jeszcze wymienić magne−

tometry, czyli mierniki pola magnetyczne−

go ziemi, oraz mierniki siły przyciągania

ziemskiego.

Jak się łatwo domyślić, metale będą

w jakimś bardzo niewielkim stopniu za−

burzać przebieg linii sił ziemskiego pola

magnetycznego. Tak samo, jeśli gęs−

tość przedmiotów poszukiwanych bę−

dzie różnić się od gęstości otoczenia

(gruntu), to wystąpi lokalna zmiana siły

przyciągania.

Nietrudno dojść do wniosku, że zmia−

ny takie będą niewyobrażalnie małe,

i aparatura służąca do ich pomiarów musi

być niesamowicie czuła i stabilna.

W ofercie zachodnich firm zajmujących

się sprzedażą ekwipunku dla poszu−

kiwaczy spotyka się magnetomet−

ry, ale już w ofercie przeczytać

można, że interpretacja wskazań

jest bardzo trudna i nie gwarantuje

dobrych efektów.

Jest to oczywiste, biorąc pod uwagę

wielkości oczekiwanych znalezisk.

W literaturze z omawianej dziedziny

pojawiły się doniesienia o próbach wyko−

Rys. 15. Kształt impulsu w cewce nadaw−

czej wykrywacza PI

Fot. 6. Wykrywacz typu PI

Po drugie, jeśli częstotliwość impul−

sów będzie mała, powiedzmy 1 impuls

na sekundę, to wprawdzie pobór prądu

zostanie zredukowany, ale dla prawidło−

wego zlokalizowania znaleziska koniecz−

ne będzie bardzo powolne prowadzenie

sondy, by nie ominąć jakiegoś interesują−

cego przedmiotu.

Właśnie z podanych dwóch wzglę−

dów, praktyczne przenośne wykrywacze

typu PI mają albo znaczny pobór prądu,

albo wymagają bardzo wolnego przesu−

wania sondy w trakcie poszukiwań.

Oczywiście istnieją i wcale nie są

rzadkością wykrywacze za−

silane z odpowiednio po−

jemnych źródeł, które ma−

ją moc w impulsie rzędu

100W i więcej.

Wykrywacze typu PI

mogą mieć wygląd zbliżo−

ny do wykrywaczy z cewką

według rysunku 8. Spotyka się

też przyrządy mające możli−

wość przełączenia

do pracy w sys−

temie PI al−

bo pracy

z prze−

no wykrywacz typu PI. Dostępne prze−

nośne wykrywacze typu PI mają maksy−

malne teoretyczne zasięgi 3...5m, przy

czym w przeciwieństwie do wykrywaczy

z prostopadłymi cewkami, mogą wykry−

wać także małe przedmioty. Pomimo teo−

retycznie lepszych parametrów, wykry−

wacze PI nie wyparły in−

nych typów sprzętu.

Niewątpliwie wpływ

na to ma bardzo

wysoka

cena dobrych

wykrywaczy PI.

W tej chwili najpo−

pularniejsze są wykry−

wacze IB z równoległymi

cewkami, omówione w po−

przednim śródtytule.

Inne wykrywacze

Dotychczas omówione rodzaje

wykrywaczy w jakiś sposób opie−

rają swe działanie na zmianie in−

dukcyjności cewki pod wpływem

zbliżanego do niej przedmiotu me−

talowego.

Znane i stosowane są także wy−

krywacze pracujące na zupełnie innej

zasadzie. Wykrywacze takie są jed−

Fot. 7.

Wykrywacz

podwodny

bie−

giem

ciągłym.

Na foto−

grafii 6 pokaza−

Fot. 8. Wykrywacz podwodny o dużym zasięgu

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98

Systemy

tenek trzymanych

w obu rękach). Sposób

przeprowadzania po−

szukiwań przypomina

niewątpliwie praktyki

różdżkarskie. Jednak

opisy tego typu przy−

rządów nie zawierają

wzmianek o różdżkars−

twie, są natomiast peł−

ne skomplikowanych

określeń technicznych.

Te fachowe słownict−

wo niewątpliwie robi

wrażenie na (zasob−

nych) laikach, ale

w osobach, które tro−

chę bardziej znają się

na elektronice całość

budzi co najmniej mie−

szane uczucia i skłania do podejrzeń

o oszustwo. Jak bowiem wiadomo, wy−

Fot. 10. Wykrywacze metali do kontroli osób

Fot. 9. Bramka bezpieczeństwa

tów z dalszej odległości. Z kolei profesjo−

nalna aparatura (używana w medycynie

lub na lotniskach) ma świetne parametry,

ale jest niesamowicie skomplikowana

i pobiera dużo energii. Tymczasem rekla−

mowane przyrządy, rzekomo wykorzystu−

jące zjawiska atomowe, pobierają z 9−

woltowej baterii... kilka do kilkunastu mi−

liamperów prądu. Podaje się przy tym, że

obszar wykrywania sięga kilkuset met−

rów (mierzony po powierzchni ziemi)

i jednego metra w głąb (dla pojedynczej

monety) lub dziesięciu metrów w głąb

(dla skrzynki z kosztownościami).

Ewentualnych klientów (lub naiwnych)

łudzi się perspektywami niesamowitych

znalezisk, które miałyby być do−

konane za pomocą takiego wy−

krywacza. Stosowna do spodzie−

wanych korzyści jest oczywiście

cena takich przyrządów. Nierza−

dko przekracza ona znacznie (w

przeliczeniu) 20000 złotych.

Taki sprzęt jest dostępny

w USA oraz w Niemczech, ale ra−

czej nie trafia jeszcze do Polski.

Piotr Górecki

rzystywania do poszukiwań

zjawisk występujących na po−

ziomie molekularnym (atomo−

wym).

W Elektronice dla Wszyst−

kich 8/97 na stronie 5 za−

mieszczone było krótkie, pół−

stronicowe doniesienie o wy−

korzystywaniu rezonansu

magnetycznego jąder atomo−

wych. Metoda ta, stosowana

wcześniej w medycynie, za−

czyna być stosowana także do

kontroli bagażu na lotniskach. Oczywiście

sposób ten może być wykorzystany tak−

że do identyfikacji metali. Aparatura jest

w tym wypadku bardzo droga i na pewno

jej kupno nie leży w zasięgu amatorów

skarbów, nawet tych mieszkających

w najbogatszych krajach. Co ciekawe,

w ogłoszeniach i reklamach przeznaczo−

nych dla takich poszukiwaczy pojawiły się

już dość dawno informacje o niewielkich,

zasilanych z baterii wykrywaczach mole−

kularnych, bazujących podobno na tej

metodzie.

Pikanterii całej sprawie dodaje fakt, że

w rzeczywistości odbiornikiem ma być...

człowiek, a wskaźnikiem są tak zwane re−

zonatory (coś w rodzaju obrotowych an−

Fot. 11. Detektor montowany na samochodzie

Fot. 12. Wykrywacz wieloczujnikowy

krywacze powszechnie znane i stosowa−

ne do tej pory mają stosunkowo niewiel−

ki zasięg oraz bardzo mocno ograniczone

zdolności wykrywania małych przedmio−

Od Redakcji: Dziękujemy Panu

WOJCIECHOWI OKSIEŃCIUKOWI, właści−

cielowi firmy ARMAND za udostępnie−

nie materiałów i zdjęć do niniejszego ar−

tykułu.

Fot. 13. Wykrywacz wielkopętlowy

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: